新曲速引擎理論設計能實現超光速旅行?

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【大紀元2021年05月03日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)在很多人研究怎樣讓飛船獲得巨大動力實現超光速旅行的時候,另一些科學家在鑽研曲速引擎(warp drive)。它是一種理論上認為可以實現超光速旅行的技術。

1994年物理學家阿庫別瑞(Miguel Alcubierre)提出,通過彎曲時空可以實現超光速旅行。但是他的想法當時只是一個粗略的方向。今年2月發表在預印網arXiv上的一份研究,兩位美國物理學家鮑勃里克(Alexey Bobrick)和馬蒂爾(Gianni Martire)在阿庫別瑞的理論基礎上,把很多問題具體化,並解決了之前該理論在實現上的一些難點。

超光速旅行

人們一直希望造出動力很大的飛船實現超光速旅行。可是愛因斯坦的相對論認為這至少有兩方面限制。一方面他認為任何物體運動的速度都不可能超過光傳播的速度。即使是真的以光速飛行,能夠到達的空間範圍其實也很有限。除了太陽系之外,天體之間的距離都是以光年為單位的。

另一方面,即使飛船達到接近光速,相對論認為飛船內的時間將相對於地球變慢。假設前往距離地球150光年的目的地,飛船內的人雖然可能在有生之年抵達目的地,可是回到地球的時候,地球上已經過了至少300年。這樣的太空旅行對地球人來說並不方便。

曲速引擎

阿庫別瑞提出的曲速引擎基於相對論時空彎曲的理論發展而來。相對論提到,在能量或質量的周圍,時空將被扭曲。如果把時空想象成一張橡膠墊子,上面放上一個保齡球,這個墊子就會陷下去一塊。這種理論把引力解釋成物體傾向於落入陷坑的趨勢。

阿庫別瑞設想,如果造出一個曲速泡泡(warp bubbles)封閉的空間,前方的時空是收縮的,讓物體傾向於往前運動;後面的空間是膨脹的,輔助推動物體向前。在前後扭曲時空的作用下,這樣的泡泡就可以在空間中移動。而曲速泡泡內部的時空是「平坦」的,就是一塊不受任何質量作用的時空。如此,在曲速泡泡內移動的物體就不用受時間變化的困擾,可以在與地球同步的時間狀態下旅行。

曲速引擎太空船?

阿庫別瑞的設想由複雜的數學計算支撐,可說是十分抽象。鮑勃里克和馬蒂爾的新研究提出,曲速引擎可以是一個由足夠的能量(或者說質量,在物理學中,質量和能量幾乎是等同的概念)建造的外殼,並且處於不斷的運動中,封閉著一塊平坦的時空,也許就像一部汽車一樣。汽車也是由可見物質材料製造的一個外殼,其內部封閉著一塊固定的空間。

在阿庫別瑞的理論中,曲速引擎需要用到大量的「負能量」,這是科學家至今還未發現的物質。這份新研究計算認為,倒是可以用正能量物質建造這種太空船,或者用正負能量結合的方式。不管怎樣,鮑勃里克和馬蒂爾設計的概念比起阿庫別瑞更接近真實一些。

遺憾的是,新研究認為這種飛行器仍然要受到相對論的限制。而且這樣的飛行器可以分為多種類型,而對於這些類型中大部分的設計來說,其中封閉的時空恐怕還會受到影響,也就是乘客仍然要面對和地球出現時間差的問題。按照他們的設想,這個能量外殼具有修改其內部時空特性的能力,可以使內部時空相對於外界變快、變慢。

曲速引擎應用奇想

澳洲天主教大學(Australian Catholic University)哲學副教授巴倫(Sam Baron)認為,如此看來,即使鮑勃里克和馬蒂爾的研究具體化了曲速引擎概念的很多方面,還解決了其它一些問題,可是距離作為人類需要的太空船來說還是太遙遠,也不一定是個合適的技術方向。

但是他覺的這種技術有其它用武之地。從本質上說,曲速引擎就是一個封閉起來的不同的時空,造出較小的這類機器比製造太空船應該容易得多,也有神奇的用處。

比如,把植物放進這樣的機器裡面,一夜就可以長大,因為裡面的時空已經過了好幾天甚至更長時間。又或者,讓絕症患者住在裡面,延緩他們的衰老,等到外面的世界找到治療的方法再從機器裡出來接受治療。

總的來說,超光速旅行仍然太遙遠,但是扭曲時空技術仍不失為一個革命性的研究思路。◇#

責任編輯:葉紫微

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